Самолет выполнен по нормальной балансировочной схеме, имеет интегральную аэродинамическую компоновку с плавным сопряжением крыла и фюзеляжа, образующих единый несущий корпус. Конструкция цельнометаллическая с широким применением титановых сплавов.

Фюзеляж типа полумонокок с круговым поперечным сечением. Носовая часть отклонена вниз. Летчик располагается на катапультируемом кресле К-36ДМ, обеспечивающем аварийное покидание самолета во всем диапазоне высот и скоростей полета. Летчик экипирован высотно-компенсирующим костюмом или высотным морским спасательным комплектом, защитным шлемом и комплектом кислородного оборудования ККО-5.

Самолет оснащен когерентным импульсно-доплеровским радио­локационным прицельным комплексом РЛПК-27 (диаметр антенны 1076 мм, дальность обнаружения цели класса МиГ-21 в передней полусфере 80 — 100 км, в задней полусфере 30 — 40 км, обеспечивает сопровождение на проходе до 10 целей и одновременный пуск УР по двум целям, поиск и сопровождение целей на фоне земли); оптико-электронной прицельной системой, включающей теплопеленгатор и лазерный дальномер (дальность обнаружения цели: в передней полусфере 40 км, в задней полусфере 90 — 100 км), нашлемной системой целеуказания НСЦ-27; аппаратурой приборного наведения по помехозащищенной линии "Бирюза", осуществляющей вывод самолета на цель в директорном режиме по командам с наземного ПУ; электродистанционной аналоговой системой управления (СДУ) с четырехкратным резервированием; системой ограничительных сигналов (СОС) для предотвращения выхода на закритические режимы; катапультным креслом К-36ДМ.

Пилотажно-навигационный комплекс включает информационный комплекс высокоскоростных параметров "ИК-ВСП", автоматический радиокомпас (АРК-19 или АРК-20), радиовысотомер А-38, радиотехническую систему ближней навигации (РСБН). На самолете имеется система автоматического управления.

Радиосвязное оборудование включает УКВ радиостанцию Р-800, КВ радиостанцию Р-864 и аппаратуру записи переговоров. В состав комплекса РЭБ входит станция предупреждения о радио­локационном облучении "Береза", устройства выброса ИК ловушек и диполей. На крайних крыльевых узлах подвески вместо АПУ возможна установка контейнеров станции помех.

Самолеты СУ-27 серийно строятся в г. Комсомольске-на-Амуре с 1982 г. и находятся на вооружении России с 1984 г. В 1991 г. ВВС приняли решение развивать СУ-27 как базовый самолет и на его основе делать и разведчик, и истребитель-бомбардировщик, и постановщик помех, всепогодный перехватчик.

Первой страной закупившей Су-27 стала КНР. Высокие боевые качества самолета доказывает случай, происшедший 13 сентября 1987 г. Патрульный самолет норвежских ВВС Локхид P-3B "Орион" производил наблюдение за группой советских кораблей в нейтральных водах Баренцева моря. Летчику находившегося неподалеку истребителя Су-27 была передана команда выполнить учебный перехват и воспрепятсвовать сбросу буев в воду. Экипаж "Ориона" с целью вытеснения перехватчика из зоны своего патрулирования сблизился с Су-27, пропустил его под себя и стал гасить скорость. Но он не знал, что минимальная скорость Су-27 меньше скорости сваливания "Ориона". Недооценив возможности Су-27, натовский разведчик потерял из поля зрения истребитель. В результате опасного маневрирования машины пришли в соприкосновение: истребитель задел радиопрозрачной законцовкой киля за лопасть вращающегося винта "Ориона", из-за чего произошло их разрушение, и обломки пробили фюзеляж P-3B. "Орион", задымив одним мотором, отвалил в сторону берега. Су-27 благополучно совершил посадку на базовом аэродроме.